Diferencia entre dispersión y fluorescencia

Question

Se suele decir que las sustancias, los objetos tienen color porque absorben selectivamente todos los colores de la luz solar excepto uno. La longitud de onda que no es absorbida llega a nuestros ojos y la percibimos como "color". Este fenómeno del "color" suele describirse como el reflejo de la luz de una determinada longitud de onda. Creo que es más apropiado llamarlo dispersión. Una cosa es la dispersión y otra la fluorescencia. Ambos procesos pueden dar "color" a una sustancia. Tengo un polvo "amarillo" que es fluorescente y su color fluorescente es verde....

La dispersión, en el fondo, tampoco es un fenómeno ondulatorio clásico. Sigue tratándose de moléculas y átomos que absorben fotones y emiten fotones....

En esencia, ¿cuál es la diferencia entre la dispersión (elástica o no elástica) y la fluorescencia desde el punto de vista de la transición electrónica?

Lo mejor, Kavan

Answer 1

La reflexión puede calcularse de forma totalmente clásica, con la única condición de que el material tenga una polarizabilidad aparente. Es cierto que, en última instancia, la polarizabilidad es el resultado de la configuración de los electrones, y esto se deriva de la mecánica cuántica, pero la reflexión no es un proceso cuántico, como tampoco lo es la viscosidad de un fluido.

Por el contrario, la fluorescencia es exclusivamente cuántica porque requiere que los electrones se exciten a un estado de mayor energía, pierdan parte de su energía en las interacciones de la red y se asienten en un estado de nivel inferior. La emisión procede entonces de electrones que caen desde este estado de energía ligeramente inferior hasta el estado básico. Esta es la razón por la que la longitud de onda de la fluorescencia es siempre inferior a la longitud de onda de la luz incidente.

Una nota rápida sobre terminología, dice usted:

¿cuál es la diferencia entre la dispersión (elástica o no elástica) y la fluorescencia desde el punto de vista de la transición electrónica?

pero la fluorescencia es dispersión inelástica, mientras que la reflexión es dispersión elástica (concretamente, dispersión elástica coherente). La fluorescencia es inelástica porque la luz se absorbe en una transición electrónica y parte de la energía se pierde en la red. La reflexión es elástica porque no implica una transición electrónica y no se pierde energía.

Answer 2

En esencia, ¿cuál es la diferencia entre la dispersión (elástica o no elástica) y la fluorescencia desde el punto de vista de la transición electrónica?

La dispersión elástica de los fotones se produce en el campo eléctrico colectivo del material y la formulación mecánica cuántica es comparable con la formulación clásica en lo que respecta a la direccionalidad de la dispersión. No es necesario recurrir a formulaciones de mecánica cuántica.

Existe una interpretación mecánica cuántica de la dispersión inelástica, la de la absorción del fotón entrante que termina en un nivel de energía elevado y la reemisión de fotones procedentes de la desexcitación a niveles de energía inferiores.

Si se produce una dispersión inelástica en un material que no emite fluorescencia, significa que el fotón ha sido absorbido y: o bien la energía pasa a niveles vibracionales, o bien se ha reemitido otro fotón, o bien se emiten más fotones en cascada, pero los fotones emitidos no se encuentran en el rango visible, sino en el infrarrojo, terminando finalmente en calor.

En un material fluorescente, la vida es más larga y, por tanto, puede observarse la reemisión. Además, cada átomo individual se convierte en una fuente de luz, por lo que se pierde la direccionalidad del haz entrante (observada en la dispersión elástica).

También existen fosforescente materiales en los que los tiempos de vida de los niveles de energía en los que se absorbe el fotón y los niveles desde los que se reemite , son tales que el material emite luz incluso cuando la fuente se retira durante mucho tiempo. Esto depende de los números cuánticos de los niveles de energía.